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基于单位四元数的机载三线阵影像光束法平差

测绘学报 2008年第4期37卷 451-457页

作者：刘军王冬红张永生王慧张莉信息工程大学测绘学院河南郑州450052 65015部队辽宁大连116023

为克服欧拉角在空间方位的描述和插值中的局限性,采用单位四元数来描述相机的姿态,推导了四元数描述的共线条件方程。在此基础上,提出了将四元数球面线性插值(Slerp)引入到三线阵影像定向片法平差的思想,通过利用Slerp公式进行相机姿态... 详细信息

为克服欧拉角在空间方位的描述和插值中的局限性,采用单位四元数来描述相机的姿态,推导了四元数描述的共线条件方程。在此基础上,提出了将四元数球面线性插值(Slerp)引入到三线阵影像定向片法平差的思想,通过利用Slerp公式进行相机姿态的匀速插值,建立了基于单位四元数的三线阵影像平差的数学模型并进行了线性化。两套ADS40数据的试验结果表明,在区域四角布设平高控制点的情况下,基于Slerp模型的定向片光束法平差在平面和高程方向均可取得优于1个地面像元(GSD)的定位精度,是三线阵相机检校和空中三角测量较理想的技术手段。

关键词：四元数球面线性插值三线阵姿态定向片光束法平差

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基于四元数的3D物体旋转及运动插值

系统仿真学报 2012年第3期24卷 624-627页

作者：肖伟梁久祯陈玮琪江南大学信息工程学院机器感知实验室无锡214122 中国船舶科学研究中心无锡214082

研究了四元数方法在三维图形旋转变换中的应用。提出一种利用鼠标的拖拽关联三维模型的方位欧拉角的方法,将表示旋转数据的方位欧拉角转换为四元数,并利用四元数乘法运算的几何意义实现多次旋转的连接,最终实现鼠标拖拽自由旋转三维物... 详细信息

研究了四元数方法在三维图形旋转变换中的应用。提出一种利用鼠标的拖拽关联三维模型的方位欧拉角的方法,将表示旋转数据的方位欧拉角转换为四元数,并利用四元数乘法运算的几何意义实现多次旋转的连接,最终实现鼠标拖拽自由旋转三维物体的功能。对物体的方位序列进行四元数球面线性插值,实现了使某水下航行体模型的运动仿真效果更加顺滑、逼真。

关键词：四元数交互式三维旋转球面线性插值 OpenGL

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彩色图像缩放的四元数插值算法

中国图象图形学报 2009年第12期14卷 2607-2610页

作者：苏本跃盛敏安庆师范学院计算机与信息学院安庆246011 安庆师范学院数学与计算科学学院安庆246011

将彩色图像像素点的3个颜色分量当作一个纯四元数来处理,在充分考虑了图像3个颜色分量的内在相关性、图像本身的非线性机制的基础上,构造了基于球面线性四元数插值方法和代数三角混合四元数插值样条方法的彩色图像插值算法。实验结果表... 详细信息

将彩色图像像素点的3个颜色分量当作一个纯四元数来处理,在充分考虑了图像3个颜色分量的内在相关性、图像本身的非线性机制的基础上,构造了基于球面线性四元数插值方法和代数三角混合四元数插值样条方法的彩色图像插值算法。实验结果表明,四元数方法用于彩色图像插值时,所处理的图像清晰度和色彩亮度均较传统方法有较大改进,边缘细节上也更丰富。

关键词：四元数彩色图像插值球面线性插值代数三角混合样条插值

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基于帧间距的运动关键帧提取

计算机工程 2015年第2期41卷 242-247页

作者：李顺意侯进甘凌云西南交通大学信息科学与技术学院成都610031 南京大学计算机软件新技术国家重点实验室南京210093

运动捕获数据中有大量的冗余数据,不利于运动数据的压缩、存储、检索以及进一步重用。为此,提出一种基于帧间距的运动关键帧提取方法,提取代表运动捕获数据内容的关键姿势。利用四元数之间的距离表示人体姿态差异,将人体各个关节上的总... 详细信息

运动捕获数据中有大量的冗余数据,不利于运动数据的压缩、存储、检索以及进一步重用。为此,提出一种基于帧间距的运动关键帧提取方法,提取代表运动捕获数据内容的关键姿势。利用四元数之间的距离表示人体姿态差异,将人体各个关节上的总变化作为帧间距,以运动数据首帧作为第一个关键帧。通过不断计算当前帧同最后一个关键帧之间的差异,消除差异小于阈值的帧,差异超过阈值的帧被当作为新关键帧。对提取关键帧集合采用四元数球面插值方法重构。为表现人体运动特征,在重构误差中引入关节速度分量,用人体姿势误差位置与人体关节运动速率之和表示原始运动与重建运动序列之间的重构误差。实验结果表明,该方法对原始运动既有较高的压缩率,又有较强的视觉概括效果。

关键词：运动捕获关键帧提取帧间距球面线性插值重构误差视觉概括力

基于简化Slerp模型的三线阵影像定向片法平差

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测绘科学技术学报 2012年第5期29卷 357-361页

作者：刘军王冬红张莉张魁科王东辉中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室信息工程大学测绘学院 65015部队河南省地图院

讨论了基于四元数姿态插值方法的三线阵影像定向片平差原理,针对其中球面线性插值公式形式复杂、计算量大的问题,根据定向片的特性提出了一种简化方案,并建立了基于简化球面线性插值公式的定向片法平差模型。ADS40数据的多组实验结果表... 详细信息

讨论了基于四元数姿态插值方法的三线阵影像定向片平差原理,针对其中球面线性插值公式形式复杂、计算量大的问题,根据定向片的特性提出了一种简化方案,并建立了基于简化球面线性插值公式的定向片法平差模型。ADS40数据的多组实验结果表明,利用四元数球面线性插值公式进行相机姿态的内插,能取得比传统的欧拉角Lagrange多项式内插更优的平差精度;该方案在对定向片法平差的结果不产生不良影响的同时,能显著降低平差模型的复杂度,提高平差运算的速度,是另一种理想的三线阵影像平差方案。

关键词：三线阵定向片欧拉角四元数球面线性插值

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绳牵引并联机器人动态轨迹规划与控制

绳牵引并联机器人动态轨迹规划与控制

作者：项垚浙江理工大学

学位级别：硕士

绳牵引并联机器人（CDPR）相比刚性杆支撑并联机器人具有质量轻、结构简单、成本低、工作空间大等优点,但也存在刚性较差等缺点。本文提出一种刚柔混合的绳牵引并联机器人,由四根牵引绳和一根刚性杆构成。刚性杆限制了平动自由度,因此... 详细信息

绳牵引并联机器人（CDPR）相比刚性杆支撑并联机器人具有质量轻、结构简单、成本低、工作空间大等优点,但也存在刚性较差等缺点。本文提出一种刚柔混合的绳牵引并联机器人,由四根牵引绳和一根刚性杆构成。刚性杆限制了平动自由度,因此该绳牵引并联机器人具有三个转动自由度。由于质量轻的特点,可作为四旋翼无人机的抓取机构或者摄影转向系统。本文用四元数表示旋转,对该绳牵引并联机器人的运动学、静力学和动力学进行了分析。工作空间分析是轨迹规划的前提,因此根据静力学方程,运用凸包理论、矢量投影定理对该绳牵引并联机器人的静态可行工作空间进行了分析,得出了当绳子的预紧力增加时,其静态可行工作空间逐渐变小的结论。分析动力学方程,得到该机构的驱动奇异姿态的轨迹线。驱动奇异姿态常常出现在绳牵引并联机器人动平台的工作空间中,并将工作空间分割成几个独立的部分。在驱动奇异姿态时,绳牵引并联机器人会出现绳拉力无解、突变的现象,进而导致刚度瞬间缺失甚至失控。因此,驱动奇异姿态的存在大大减少了绳牵引并联机器人的工作空间,极大限制了动平台的运动性能。为了突破驱动奇异姿态对于动平台的运动性能的限制,本文通过规划动态轨迹穿越驱动奇异姿态,有效地增大了机构的工作空间。首先分析绳牵引并联机器人稳定穿越奇异姿态的一致性条件,推导一致性条件的向量内积形式,简化复杂并联机器人一致性条件的计算。另外,基于动力学模型,本文还讨论了求解动力学模型的两种方法,即最小拉力优化法和最小二乘法,对比了各自的优势和劣势,最终选择最小二乘法求解的拉力分布作为轨迹跟踪控制中的动力学补偿。利用四元数表示旋转,得到一系列目标姿态;以五次多项式作为时间函数,采用改进的球面线性插值法生成不含奇异姿态的轨迹段。此外,对于含有奇异姿态的轨迹段,为了满足穿越奇异姿态的一致性条件,设计了一种七次多项式过渡段合并到五次多项式中的点到点轨迹规划方法,仿真结果验证了该方法的有效性。搭建样机,采用动力学补偿的模糊PD控制器进行轨迹跟踪。介绍了基于Dspace的运动控制系统,编写了Simulink程序。将伺服电机置于力矩控制模式,通过Dspace工具箱向伺服电机发送电压模拟信号,电机编码器值作为反馈信号,成功实现关节空间中的轨迹跟踪。在控制器中加入动力学补偿,以保持绳索拉力大于零。由于该绳牵引并联机器人拟应用于无人机的抓取机构,容易受外界环境因素（风力等）干扰,所以加入模糊控制算法。模糊控制具有很好的鲁棒性,能很好地抵抗外界干扰。本文对一种纯转动的绳牵引并联机构从运动分析、动力学分析到运动控制三方面做了较为详细的研究,为该机构的实际应用提供了较为重要的理论和实验依据。

关键词：绳牵引并联机器人四元数静态可行工作空间一致性条件穿越奇异点球面线性插值动力学补偿模糊PD控制

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基于扩散模型的人脸风格化方法研究

基于扩散模型的人脸风格化方法研究

作者：黎晨武汉轻工大学

学位级别：硕士

人脸风格化任务本身涉及计算机视觉领域,其难度在于神经网络需要同时学习两个或多个图像域分布特征,要求生成的风格化图像在能够表现风格特征的同时也保留一定的输入人脸图像的特征。近年来实现人脸风格化的主流方法为基于生成对抗网络... 详细信息

人脸风格化任务本身涉及计算机视觉领域,其难度在于神经网络需要同时学习两个或多个图像域分布特征,要求生成的风格化图像在能够表现风格特征的同时也保留一定的输入人脸图像的特征。近年来实现人脸风格化的主流方法为基于生成对抗网络构建模型,固定风格引导文本,将文本作为神经网络的伴随条件共同进行训练。但因为生成对抗网络本身训练的不稳定性,当前人脸图像风格化效果较好的方法通常采用在单一风格数据集上进行模型训练的方式,当所需风格较多时,其训练成本也会随之增加。另外,引导风格的输入文本本身在人脸风格化任务中的作用并不突出,只进行了简单的词向量化处理,风格与文本一对一固定,在实际应用中不够灵活。本文针对现有人脸风格化任务存在的问题进行了研究,提出了一种新的基于扩散模型的人脸风格化方法,主要研究工作总结如下:(1)针对现有人脸风格化模型学习多图像域分布特征具有一定局限性的问题,以及风格引导文本使用不充分、不灵活的问题,本文采用新的生成模型——扩散模型实现人脸风格化任务,使用对比性文本图像预训练模型配合扩散模型进行风格化编辑。扩散模型生成方法学习非一对一映射关系,具有更强的多图像域分布特征学习能力,能够在大型数据集下进行训练。文本图像预训练模型能够获得文本与图像的公共潜码空间,通过文本编码器提取文本中的语义信息,降低低频词汇在文本特征向量中的权重,使任意风格描述文本都能有效引导人脸风格化编辑。在Celeb A-HQ人脸数据集上的实验结果表明,本文提出的基于扩散模型的人脸风格化方法取得了较好的效果。(2)针对基于扩散模型进行人脸风格化的方法中,生成的风格图像与输入图像人脸特征差异较大的问题,以及生成图像不稳定、出现异形的问题,本文提出基于双路结构的扩散模型采样方法,在采样过程中加入球面线性插值与潜码截断操作。球面线性插值能够不断为原有采样过程提供输入人脸图像特征信息。潜码截断能够平衡扩散模型采样过程中图像潜码产生的异常值。在Celeb A-HQ人脸数据集上的试验结果表明,本文提出的基于双路结构扩散模型的人脸风格化方法取得了更稳定的生成效果。

关键词：人脸风格化扩散模型对比性文本图像预训练模型球面线性插值潜码截断

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机械臂末端姿态规划及多轴同步控制策略研究

机械臂末端姿态规划及多轴同步控制策略研究

作者：马世辉华中科技大学

学位级别：硕士

在中国智造的发展浪潮中,机械臂凭借其高效、精准的优良特性被广泛应用于各种工业领域。为满足现代制造业对高质高效加工日益增高的需求,机械臂的高速高精度运动控制成为研究热点。因此,本文以提升多轴机械臂末端轨迹控制精度为目的,从... 详细信息

在中国智造的发展浪潮中,机械臂凭借其高效、精准的优良特性被广泛应用于各种工业领域。为满足现代制造业对高质高效加工日益增高的需求,机械臂的高速高精度运动控制成为研究热点。因此,本文以提升多轴机械臂末端轨迹控制精度为目的,从姿态轨迹规划和高精度多轴同步控制策略两个方面展开研究。首先在姿态规划方面,针对传统四维球面线性插值中存在的姿态插值问题,本文提出基于方向-角描述法的姿态插值算法。该描述方法采用末端坐标系X轴的方向?n和绕X轴的旋转角?描述姿态。该插值方法以方向?n为约束在三维球面空间中构造最短的球面大圆弧插值轨迹,实现末端姿态的精确控制。与传统方案相比,提出方案在喷漆等对末端工具的方向要求较高的应用领域具备明显优势,可时刻保证末端工具方向垂直于作业面。其次在轨迹跟踪控制方面,针对各轴差异造成的空间轮廓误差问题,本文提出基于法向同步误差补偿的多轴同步控制策略。该方案将空间跟踪误差正交分解为法向同步误差和切向延时误差,其中法向同步误差作为轮廓跟踪效果的主影响项,代表实际位置调整至期望轮廓的最短路径。因此,通过设计法向误差补偿算法,实现各轴协同控制,可大幅提升多轴系统轨迹跟踪精度。与传统方案相比,提出方案无累积误差,不受各轴给定量级差异影响,更适合变曲率轨迹跟踪控制。最后,搭建六轴机械臂实验平台,完成机械臂控制器、Ether CAT通讯、示教器的软硬件设计,并验证提出方案的控制效果和可行性。

关键词：多轴机械臂姿态规划球面线性插值轨迹跟踪多轴同步控制法向同步误差补偿

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开放式工业机器人控制系统及运动规划

开放式工业机器人控制系统及运动规划

作者：王政哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

从1954年George Devol发明了世界上第一台机器人到现在，全世界已经有多家著名的工业机器人公司，如KUKA, YASKAWA, ABB, FANUC等。可是工业机器人控制系统的硬件架构和软件架构缺几乎都不是开放式的。随着用户对机器人控制系统二次开... 详细信息

从1954年George Devol发明了世界上第一台机器人到现在，全世界已经有多家著名的工业机器人公司，如KUKA, YASKAWA, ABB, FANUC等。可是工业机器人控制系统的硬件架构和软件架构缺几乎都不是开放式的。随着用户对机器人控制系统二次开发的需求的提升，传统的封闭式的系统架构的缺点日益彰显。基于此，本文设计了一种开放式的工业机器人控制系统，详细介绍了系统的软硬件架构。并且以六自由度机器人为研究对象搭建了包括机械本体和电控系统在内的硬件系统，设计了包括运动规划和人机界面的完整的机器人控制系统软件。并且在此平台上对软件系统的算法做了进一步的研究和改进。首先，本文分析了机器人运动学中的一些代表性问题，比如运动学建模和奇异点。随后提出了一些创新的机器人运动规划算法，并将其集成在了工业机器人控制系统中。在姿态的规划中采用了四元数和球面线性插值，通过线性插值可以得到角速度恒定的平滑的旋转运动，同时避免传统插值算法的万向节锁死、数据冗余等问题。在速度规划中提出了一种通用的速度滤波器代替传统的多项式插值算法。由于是在线的速度规划，速度、加速度和目标位置可以根据需要实时更改，无需停止运动，同时保证速度的二阶可导且不发生过冲。本论文的主要贡献是通过对开放式工业机器人控制系统架构的分析，以及对通用的运动规划算法的介绍，进一步解决工业机器人国产化过程中遇到的技术难题。

关键词：工业机器人控制系统开放式架构运动规划速度滤波器四元数球面线性插值